- •Глава 4. Механика вращательного движения твердого тела
- •4.1. Момент инерции
- •Примеры расчета момента инерции некоторых тел правильной геометрической формы:
- •Решение:
- •Решение:
- •Решение:
- •Р Дано: ,. ; ешение:
- •4.2. Теорема Штейнера
- •Р Дано: ,,, . Ешение:
- •4.3. Кинетическая энергия вращающегося тела
- •Р Дано: , , ,. Ешение:
- •Р Дано: ,. ; ешение:
- •4.4. Работа сил при вращательном движении
- •4.5. Основное уравнение динамики вращательного движения твердого тела
- •Р Дано: ,, . Ешение:
- •Р ешение:
- •Р Дано: , , . Ешение:
- •Р Дано: , , , , . Ешение:
- •4.6. Момент импульса. Закон сохранения момента импульса
- •Основные динамические характеристики и законы поступательного и вращательного движений
- •Р Дано: , , , . Ешение:
- •Р Дано: , , , . Ешение:
- •Р Дано: . , ешение:
- •4.7. Свободные оси. Гироскопический эффект
- •Глава 5. Механические колебания
- •5.1. Общие представления о колебательных процессах
- •5.2. Механические гармонические колебания
- •5.3. Гармонический осциллятор. Маятники
- •5.4. Сложение гармонических колебаний одного направления
- •5.5. Сложение взаимно перпендикулярных колебаний
- •5.6. Затухающие колебания. Автоколебания
- •5.7. Вынужденные колебания. Резонанс
- •Глава 6. Элементы специальной теории относительности
- •6.1. Постулаты специальной теории относительности
- •6.2. Преобразования Лоренца
- •6.3. Законы релятивисткой динамики материальной точки
Р Дано: ,. ; ешение:
1
а) б)
Рис. 4.1.5. К примеру 4.1.1.
Ось вращения проходит
а) перпендикулярно плоскости рисунка
б) в плоскости рисунка
проходит через центр описанной
окружности перпендикулярно плоскости
треугольника (рис. 4.1.5.а).
Имеем систему, состоящую из трех
материальных точек, расположенных на
одинаковом расстоянии
от оси вращения.
Поэтому:
.
2. Пусть ось вращения
лежит в плоскости треугольника и
проходит через центр описанной окружности
и одну из вершин треугольника (рис.
4.1.5.б). Имеем систему, состоящую
из трех материальных точек, одна из
которых лежит на оси вращения
,
а две другие расположены от оси вращения
на одинаковом расстоянии
.
Поэтому:
.
Ответ:
,
.
П
ример
4.1.2.
Длина одной стороны плоской прямоугольной
однородной пластины
,
масса
.
Найти момент
инерции
пластины относительно оси
,
совпадающей с другой ее стороной.
Дано: Решение:
Р
,
.![]()
азобьем
пластину на тонкие полоски (элементы)
бесконечно малой ширины
,
расположенные на расстоянии
до оси вращения
(рис. 4.1.6). Поскольку
,
считаем, что расстояние от всех точек
полоски до оси одинаково.
Пластина однородна, следовательно,
поверхностная плотность
одинакова по всей пластине.
Масса полоски
,
где
площадь
полоски.
Искомый момент инерции пластины
![]()
.
Ответ:
.
4.2. Теорема Штейнера
Нахождение моментов инерции в рассмотренных в предыдущем параграфе примерах 1-5 значительно упрощалось вследствие того, что момент инерции тел определялся относительно оси симметрии, проходящей через их центр масс.
Если известен
момент инерции какого-либо тела
относительно оси, проходящей через его
центр масс, то момент инерции тела
относительно произвольной оси определяется
теоремой
Штейнера:
момент инерции тела
относительно произвольной оси равен
сумме момента инерции
относительно оси, параллельной данной
и проходящей через центр масс тела, и
произведения массы тела
на квадрат расстояния
между осями:
.
(4.2.1)
П
ример
4.2.1. Найти момент инерции
обруча массой
и радиусом
относительно оси
,
перпендикулярной обручу и проходящей
через его край.
Дано:
,
.![]()
Решение:
П
о
теореме Штейнера
.
Момент инерции обруча относительно
оси, проходящей через его центр масс
,
равен (см. таблицу 1)
.
Расстояние между осями
(рис. 4.2.1),
следовательно, искомый момент инерции
равен
.
Ответ:
.
Пример
4.2.2.
Найти момент инерции тонкого стержня
массой
и длиной
относительно
оси
,
перпендикулярной
стержню и проходящей через точку,
отстоящую от конца стержня на одну треть
его длины.
Дано:
,
.![]()
Решение:
П
о
теореме Штейнера
.
Момент инерции
стержня относительно оси, проходящей
через его центр масс
,
равен (см. таблицу 1)
.
Расстояние между осями
(рис. 4.2.2),
следовательно, искомый момент инерции
равен
.
Ответ:
.
Пример
4.2.3. Два шара радиусами
и массой
каждый скреплены тонким стержнем массой
и длиной
.
Найти момент инерции системы относительно
оси, перпендикулярной стержню и проходящей
через центр тяжести.
